¿Cómo llevar a cabo un procedimiento de desmagnetización de transformadores de corriente tras un evento de fallo?

Un fallo en un sistema de distribución de energía de media tensión hace algo más que activar un disyuntor: puede dejar un legado invisible pero peligroso en el interior del núcleo de su transformador de corriente: magnetismo residual. El flujo residual atrapado en el núcleo de un TC después de un fallo o de un transitorio de desplazamiento de CC degrada directamente la precisión de la inducción electromagnética, provoca la saturación prematura del núcleo y puede desencadenar falsas operaciones del relé de protección o un peligroso subalcance durante el siguiente fallo. Para los ingenieros eléctricos y los equipos de mantenimiento responsables de la fiabilidad de las subestaciones, saber cómo desmagnetizar correctamente un núcleo de TC no es un conocimiento de mantenimiento opcional, sino una tarea de integridad del sistema de protección de primera línea. Este artículo detalla la física del flujo residual, el procedimiento de desmagnetización en campo paso a paso y los criterios de selección que determinan si su núcleo de TC es susceptible de remanencia en primer lugar.

Índice

• ¿Qué es el flujo residual y por qué se forma en los núcleos de TC?
• ¿Cómo afecta el magnetismo residual al rendimiento y la fiabilidad de la inducción del TC?
• ¿Cómo se realiza un procedimiento de desmagnetización de campo en un transformador de corriente?
• ¿Cuáles son los errores más comunes que provocan fallos de desmagnetización en los TC de media tensión?

¿Qué es el flujo residual y por qué se forma en los núcleos de TC?

El flujo residual -también llamado magnetismo remanente o remanencia- es la densidad de flujo magnético que permanece encerrada en la estructura de acero al silicio de grano orientado de un núcleo de TC una vez eliminada la fuerza magnetizadora. Para entender por qué se forma es necesario echar un breve vistazo al b-h bucle de histéresis¹ que rige todo el comportamiento del núcleo ferromagnético.

Cuando un TI experimenta una corriente de defecto con un componente de desplazamiento de CC significativo, la corriente primaria no oscila simétricamente alrededor de cero. En lugar de ello, impulsa el flujo del núcleo a lo largo de la curva de histéresis hacia una región de alto densidad de flujo magnético². Cuando se elimina el fallo y la corriente cae bruscamente a cero -como ocurre durante la interrupción de un disyuntor-, el núcleo no vuelve a flujo cero. Permanece en el densidad de flujo remanente (Br), que para el acero al silicio de grano orientado puede alcanzar 60-80% de densidad de flujo de saturación³ (Bsat).

Características técnicas clave de la remanencia del núcleo del TAC:

• Sensibilidad del material del núcleo: El acero al silicio de grano orientado (utilizado en los TC de alta precisión) tiene una alta permeabilidad, pero también una alta remanencia. Los núcleos de aleación de níquel-hierro presentan niveles de remanencia aún mayores.
• Núcleos con entrehierro: Los TC diseñados con un pequeño entrehierro deliberado en el núcleo (clases TPY y TPZ según IEC 61869-2) tienen una remanencia significativamente menor -típicamente inferior a 10% de Bsat- porque el entrehierro proporciona un mecanismo de rearme magnético.
• Eventos desencadenantes: Las corrientes de defecto de desplazamiento de CC, los eventos de circuito abierto del secundario del TC y la desmagnetización inadecuada después de la prueba son las tres causas principales de una acumulación de flujo residual significativa.

Tipo de núcleo	Nivel de remanencia	Clase IEC	Aplicación típica
Acero al silicio de grano orientado (sin entrehierro)	60-80% Bsat	5P, 10P, TPS	TC de protección estándar
Aleación de níquel-hierro (sin cámara de aire)	Hasta 90% Bsat	Clase X, TPS	Protección diferencial de alta sensibilidad
Núcleo ranurado (pequeño entrehierro)	<10% Bsat	TPY	Sistemas de protección contra el cierre automático
Núcleo con gran cámara de aire	~0% Bsat	TPZ	Protección de alta velocidad, rendimiento transitorio

El tipo de núcleo instalado en su cuadro de distribución determina directamente su perfil de riesgo de remanencia, y si un procedimiento de desmagnetización es periódicamente obligatorio o meramente preventivo.

¿Cómo afecta el magnetismo residual al rendimiento y la fiabilidad de la inducción del TC?

El flujo residual no causa un fallo visible inmediato: es un mecanismo de degradación oculto que compromete silenciosamente la fiabilidad de su sistema de protección hasta que el siguiente evento de fallo lo expone catastróficamente. El impacto se produce a través de un mecanismo principal: menor oscilación del flujo disponible antes de la saturación.

Un núcleo de TC sólo puede soportar un cambio finito en la densidad de flujo antes de saturarse. La oscilación de flujo total disponible es:
$\Delta B = B_{\text{sat}} - B_{r}$

Si Br ya está a 70% de Bsat debido al magnetismo residual, el núcleo sólo dispone de 30% de su capacidad de flujo normal para el siguiente transitorio de corriente de falta. Esto significa que el TC se satura mucho antes de lo que sugeriría su Factor Límite de Precisión (ALF) nominal, produciendo una forma de onda de corriente secundaria gravemente distorsionada que los relés de protección no pueden interpretar correctamente.

Consecuencias prácticas del flujo residual no abordado:

• Subalcance del relé de distancia: La salida saturada del TC hace que el relé vea una impedancia aparente mayor que la real, lo que puede provocar que no se dispare ante fallos en la zona.
• Mal funcionamiento de la protección diferencial: La saturación asimétrica entre TC situados en lados opuestos de una zona protegida genera una falsa corriente diferencial que provoca disparos no deseados.
• Funcionamiento retardado del relé de sobreintensidad: La forma de onda secundaria distorsionada prolonga el tiempo de funcionamiento del relé más allá de las curvas de disparo diseñadas
• Errores en la medición de la energía: Incluso con corrientes de carga normales, un núcleo parcialmente saturado introduce errores de relación y de ángulo de fase que superan los límites de la clase 0,5.

Caso de cliente - Contratista de energía, modernización de subestación de 35 kV, Oriente Medio: Un contratista de energía que gestionaba la modernización de una subestación de 35 kV en Arabia Saudí informó de repetidos disparos molestos en un esquema de protección diferencial de alimentador tras una falta en un bus cercano. Tras consultar al equipo técnico de Bepto, el análisis de la forma de onda secundaria del TC reveló una saturación asimétrica grave consistente con un elevado flujo residual en dos de los seis TC de la zona diferencial. Tras un procedimiento de desmagnetización estructurado en las seis unidades, se restableció por completo la estabilidad de la protección diferencial, eliminando tres semanas de disparos intermitentes molestos que se habían atribuido erróneamente a ajustes del relé.

¿Cómo se realiza un procedimiento de desmagnetización de campo en un transformador de corriente?

El procedimiento de desmagnetización consiste en conducir el núcleo del TC a través de bucles de histéresis cada vez más pequeños hasta que el flujo residual converge a un valor cercano a cero. Existen dos métodos de campo aceptados (inyección de tensión de CA e inyección de corriente de CC con inversión), cada uno de los cuales se adapta a diferentes condiciones de emplazamiento y diseños de TC.

Paso 1: Aislar y preparar el circuito del TC

• Desenergice el circuito primario y confirme el aislamiento con un comprobador de tensión.
• Cortocircuite todos los núcleos secundarios no utilizados del TC. antes de empezar - los terminales secundarios en circuito abierto en cualquier condición de flujo residual pueden generar tensiones inducidas peligrosas
• Desconectar el relé de protección y la carga de medida de los bornes secundarios desmagnetizados.
• Documentar la placa de características del TC: relación nominal, clase de precisión, tensión de punto de inflexión (Vk) y corriente magnetizante (Imag).

Paso 2: Seleccionar el método de desmagnetización

Método	Equipo necesario	Lo mejor para	Limitación
Inyección de tensión alterna (desmagnetización)	Fuente de CA variable (Variac), amperímetro	Núcleos estándar de acero al silicio 5P/10P	Requiere acceso a una fuente de tensión variable
Inyección de corriente continua con inversión	Fuente de alimentación de CC, interruptor inversor, amperímetro	TPY / núcleos separados, TC de alta inductancia	Requiere una cuidadosa secuencia de inversión de corriente
Analizador CT dedicado	Analizador de TC con función de desmagnetización incorporada	Todos los tipos de núcleo: los más fiables	Coste del equipo; no siempre disponible in situ

Paso 3: Procedimiento de desmagnetización por inyección de CA (método de campo más común)

1. Conectar un fuente de tensión alterna variable⁴ (Variac) a través de los terminales secundarios del TC (S1-S2)
2. Aumentar lentamente la tensión alterna desde cero hasta que la corriente magnetizante alcance aproximadamente 120-150% de la corriente magnetizante nominal en el punto de inflexión - esto lleva al núcleo a la saturación, estableciendo un punto de partida conocido en el bucle de histéresis
3. Reduzca lenta y continuamente la tensión alterna hasta cero. - no detenerse ni dar marcha atrás; la reducción debe ser suave e ininterrumpida durante 30-60 segundos
4. El flujo del núcleo traza bucles de histéresis progresivamente más pequeños, convergiendo a una remanencia cercana a cero a medida que la tensión se aproxima a cero
5. Mida la corriente de magnetización a la tensión de prueba original y compárela con la línea de base anterior a la desmagnetización para confirmar la reducción del flujo.

Paso 4: Verificar el éxito de la desmagnetización

• Realizar un TAC curva de excitación⁵ prueba (característica V-I) y comparar con la curva de magnetización de fábrica
• Un núcleo desmagnetizado con éxito mostrará una corriente de magnetización dentro de ±5% de la línea de base de fábrica a la misma tensión aplicada.
• Para los TC de protección, compruebe que la tensión del punto de inflexión (Vk) se restablece a la especificación de la placa de características.
• Registrar todos los resultados de las pruebas en el registro de mantenimiento de la subestación según los requisitos de puesta en servicio de la norma IEC 61869-2.

Paso 5: Restablecer los circuitos secundarios

1. Vuelva a conectar el relé de protección y la carga de medición con la polaridad correcta (orientación S1→S2).
2. Retire los enlaces secundarios de cortocircuito sólo después de confirmar todas las conexiones de carga.
3. Reenergizar el circuito primario y controlar la salida del secundario del TC durante el primer ciclo de carga.
4. Verificar que las entradas de corriente del relé de protección coinciden con los valores esperados en función de la corriente de carga primaria y la relación del TC.

¿Cuáles son los errores más comunes que provocan fallos de desmagnetización en los TC de media tensión?

La desmagnetización es un procedimiento de precisión: pequeños errores de ejecución pueden dejar un flujo residual significativo en el núcleo o, lo que es peor, introducir nueva remanencia en una polaridad diferente. Estos son los errores de campo más críticos observados en las operaciones de mantenimiento de subestaciones de media tensión.

Errores críticos que hay que evitar

• Detención de la reducción de tensión a mitad del procedimiento: La interrupción del barrido de tensión alterna en cualquier nivel distinto de cero congela el núcleo en un nuevo punto de remanencia, potencialmente peor que el estado original. La reducción debe ser continua e ininterrumpida hasta cero.
• Aplicar una tensión inicial excesiva: Si se sobrecarga el núcleo por encima de 150% de corriente magnetizante en el punto de inflexión, se corre el riesgo de sobrecargar el aislamiento del devanado secundario. Calcule siempre el límite seguro de tensión de inyección antes de empezar.
• Desmagnetización con carga secundaria conectada: La impedancia del relé conectado altera la inductancia efectiva del circuito, impidiendo que el núcleo complete los bucles de histéresis. Desconecte siempre la carga antes del procedimiento.
• Omitir la verificación de la curva de excitación: La inspección visual no puede confirmar el éxito de la desmagnetización. Sólo una prueba de la característica V-I posterior al procedimiento con respecto a la curva de fábrica proporciona una confirmación objetiva.
• Ignorar los núcleos CT adyacentes en unidades multinúcleo: En los TC de doble núcleo, la desmagnetización de un núcleo puede inducir cambios de flujo en el núcleo adyacente a través del acoplamiento magnético. Ambos núcleos deben probarse y desmagnetizarse secuencialmente.

Lista de comprobación posterior al procedimiento

1. ✔ La curva de excitación coincide con la línea base de fábrica dentro de ±5%
2. ✔ Tensión de punto de inflexión restablecida al valor nominal
3. ✔ Marcas de polaridad secundaria verificadas antes de la reconexión de la carga.
4. ✔ Todos los enlaces de cortocircuito eliminados tras la reconexión de la carga.
5. ✔ Resultados de las pruebas documentados en los registros de mantenimiento

Conclusión

El flujo residual en el núcleo de un transformador de corriente es una amenaza silenciosa para la fiabilidad que los eventos de fallo crean de forma rutinaria y que los equipos de mantenimiento suelen pasar por alto. El procedimiento de desmagnetización, ya sea por barrido de tensión de CA o por inversión de corriente de CC, restaura toda la oscilación de flujo disponible del núcleo, garantizando que sus relés de protección funcionen dentro de los límites de precisión diseñados cuando se produzca el siguiente fallo. Para los sistemas de distribución de energía de media tensión en los que la fiabilidad de la protección no es negociable, la desmagnetización no es una acción correctiva, sino un paso obligatorio tras la puesta en servicio de la avería. En Bepto Electric, nuestros TC se fabrican conforme a la norma IEC 61869-2 con documentación completa de la curva de excitación de fábrica, lo que proporciona a su equipo de mantenimiento los datos de referencia necesarios para verificar siempre el éxito de la desmagnetización.

Preguntas frecuentes sobre el procedimiento de desmagnetización por TC

1. Comprender cómo los materiales ferromagnéticos conservan el magnetismo a través del ciclo de histéresis. ↩

2. Definiciones técnicas de la densidad de flujo y su papel en el rendimiento del núcleo del transformador. ↩

3. Los límites físicos del flujo magnético que puede soportar el núcleo de un transformador antes de saturarse. ↩

4. Cómo controlan la tensión los autotransformadores variables (Variacs) para pruebas eléctricas. ↩

5. Guía de interpretación de las curvas características V-I para la salud de los transformadores de medida. ↩